精密滚珠丝杠副强过载下承载与破坏机理研究

发布时间：2019-08-03 21:29

【摘要】：论文以精密滚珠丝杠副为研究对象,考虑了航天工况的特殊性,对精密滚珠丝杠副的承载、失效以及破坏机理进行了研究。在强过载下滚珠丝杠副的失效破坏不同于常态,文中对强过载下滚珠丝杠副的承载与破坏进行了理论研究。由于赫兹接触理论只适用于弹性范围内,文中针对这一缺点首先利用理想弹塑性模型的理论假设,对滚珠丝杠副弹塑性接触进行了建模,计算了滚珠丝杠副实例的弹塑性接触。同时应用有限元法对该滚珠丝杠副的弹塑性接触进行了分析,得出了应力应变分布规律。通过比照两者的计算结果,表明了弹塑性接触模型的正确性,同时也为滚动阻力的计算提供理论依据。由滚珠丝杠副滚珠与滚道面的弹塑性变形情况,建立了工作滚珠在强过载下全新的受力模型。应用弹塑性接触模型,推导出滚珠与滚道面接触处的单位接触应力理论公式,由此再采用曲面积分计算,导出受力模型中的滚动阻力。根据强过载下滚珠丝杠副的承载特性及滚道面的弹塑性变形,提出了在强过载下滚珠丝杠副五种失效模式：即滚珠破裂、丝杠断裂、微裂纹、滚珠卡死和滚道面振纹,得出失效破坏的判定准则,揭示了强过载下滚珠丝杠副滚珠与丝杆的失效破坏机理。最后结合实例,应用MATLAB对滚珠丝杠副失效进行了定量化数值计算。根据强过载下内循环滚珠丝杠副返向器的失效破坏模式,发现滚珠回珠曲线曲率的连续性对返向器失效破坏起决定性的作用。为改善滚珠的流畅性,引入加工误差,推导出正弦螺旋回珠曲线的理论方程,并且证明该回珠曲线曲率连续变化规律。最后应用MATLAB对滚珠丝杠副回珠曲线各特征点进行了设计计算,并应用包络线法生成了返向器回珠槽。
【图文】：

2滚珠丝杠副基本结构型式及其预紧2.1滚珠丝杠副的工作原理如图2.1所示，滚珠丝杠副作为一种新型式的滚珠螺旋传动机构，它是由四部分组成:螺母、丝杆、滚珠(钢球)和回珠返向器。滚珠丝杠副是在丝杆与螺母中间放入若干个滚珠，将滚珠作为滚动的中介，凭借于滚珠回珠返向器，，使滚珠形成可在闭合回路中反复循环运动的滚珠链，从而实现螺旋传动的功能。滚珠丝杆副是用钢球与滚道面的滚动摩擦来代替传统丝杆副中的滑动摩擦。其作用为:将直线运动转化为旋转运动或者是将旋转运动转化为直线运动。滚珠丝杠副的工作原理川:如图2.1所示，当丝杠(或是螺母)作旋转运动时，滚珠将在闭合的回路中形成滚珠链并作反复循环运动，使得螺母(或是丝杠)作直线运动;当丝杠(或是螺母)作直线运动时，滚珠也将在闭合的回路中形成滚珠链并作反复循环运动

精密滚珠丝杠副强过载下承载与破坏机理研究

其曲线图如图3.7所示。在加载的过程中滚珠丝杠副接触处发生屈服时的接触力为158N。发生屈服后接触力与变形量的关系曲线为塑性加载曲线，此塑性加载曲线为弹性加载曲线在接触力为158N处的切线。滚珠丝杠副卸载后滚珠和滚道面的塑性变形量为占，一0.OO032mm，
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TH136

【引证文献】